采用五个步进盘的电压测量仪的制作方法

本发明涉及对直流电压进行测量的仪器。

背景技术：

电压测量仪为了解决接触电阻的变差及热电势的影响，一般采用大电刷以增大接触面积，并采用银-铜复合材料，这就增大了开关也增大了仪器体积，增加了仪器成本，采用电流叠加的方法只能用于每个步进的电阻都采用小电阻，一般都是0.01Ω，如果每个步进电阻的阻值一大，电流的比值就会超差，由于步进盘电阻的阻值小，它能测量的电压相对也比较低。

技术实现要素：

本发明的目的是设计一种有五个步进盘的电压测量仪，它克服接触电阻的变差及热电势的影响，也不需要大的开关，这可以降低成本，减小仪器体积，而且可以测量到2V。

本发明的技术方案这样采取：从工作电源E正极经过调节范围在0～100Ω之间的可调电阻R_P1、再经过五个步进盘，回到工作电源E负极，组成电压测量仪工作回路，其特征在于：第一步进盘有0、1、2、……19共20个档位的测量盘I，测量盘I上每两个相邻档位触点间焊接100Ω电阻一只，第二步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘II与代换盘II′组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接10Ω电阻一只，测量盘II的金属接触环与代换盘II′的金属接触环通过2000Ω电阻R₀连接，第三步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘III与代换盘III′组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接1Ω电阻一只，测量盘III的金属接触环与代换盘III′的金属接触环通过2220Ω电阻R₁连接，第四步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘IV与代换盘IV′组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接1Ω电阻一只，测量盘IV的金属接触环与代换盘IV′的金属接触环通过2000Ω电阻R₂连接，第五步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘V与代换盘V′组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接1Ω电阻一只，测量盘V的金属接触环与代换盘V′的金属接触环通过1989Ω电阻R₃连接，工作电源E正极经过可调电阻R_P1到节点A后分成两路：向上一路连接第三步进盘上代换盘III′第10触点，代换盘III′第0触点连接第二步进盘上代换盘II′第10触点，代换盘II′第0触点连接第一步进盘上测量盘I的第19触点，第一步进盘上测量盘I的第0触点连接第二步进盘上测量盘II第10触点，测量盘II第0触点连接第三步进盘上测量盘III第10触点，测量盘III第0触点连接节点B后与工作电源E负极连接；向下一路通过5094Ω电阻R₆连接调节范围在0～6Ω之间可锁定的可调电阻R_P2后，再经过4550.5Ω电阻R₅连接第四步进盘上代换盘IV′的第0触点，代换盘IV′的第10触点连接第五步进盘上代换盘V′的第0触点，测量盘V的第10触点连接第四步进盘上测量盘IV的第0触点，测量盘IV的第10触点经过589.5Ω电阻R₇连接节点B，电压测量仪用于连接被测量的“U_X”两个端钮，正极端钮连接测量盘I的金属接触环，负极端钮经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K后与测量盘V第0触点连接，电压测量仪内附标准电池E_N负极经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K连接100KΩ电阻R₄后连接可锁定的可调电阻R_P2的滑动触点，内附标准电池E_N正极与节点A连接。

通过以上技术方案，与“U_X”的两个测量端钮连接的五个测量盘上的电阻，在步进盘切换时，焊接在一起的电阻阻值是不会产生变化，步进盘切换时开关接触电阻变差在0.1～1mΩ之间，它只影响电流分配的比例，由于它串联在大电阻中，如第二步进盘的开关接触电阻变差串联在2000Ω电路中，因此对电流分流的影响可以忽略，步进盘切换时开关的热电势由于在电路中成对出现，大小相同、方向相反，可以抵消，且五个步进盘各个支路几个μV的热电势都直接或间接与电源两端连接，在以伏为单位的电压降上，几个μV的热电势对电流分流的影响也可以忽略，因此，采用技术方案，电压测量仪步进盘切换时开关接触电阻变差及热电势对“U_X”的两个测量端钮没有影响。

附图说明

图1是本发明的原理电路。

具体实施方式

实施例1，在图1中，第一步进盘测量盘I上的19×100Ω，表示测量盘I有19只阻值是100Ω的电阻串联，步进盘上粗黑线条表示金属接触环，空心小圆圈表示金属触点，双向箭头表示金属电刷；步进盘转动时，测量盘I增加的电阻等于代换盘I′减少的电阻，以保持电路中总阻不变；其他几个步进盘同理。

电压测量仪标准工作电流设计成3.2mA，节点A与节点B之间下方的电流设计成0.2mA，节点A与节点B之间上方的电流设计成3mA。

第二步进盘两把电刷间是2000Ω电阻R₀与电流流经第二步进盘与第一步进盘的2000Ω电阻并联，因此流过第一步进盘与流过2000Ω电阻R₀的电流都是1mA，第二步进盘两把电刷间总电阻是1000Ω，第三步进盘两把电刷间电阻是流经第三步进盘、第二步进盘、第一步进盘1110Ω电阻与2220Ω电阻R₁并联，2220Ω电阻R₁是1110Ω电阻两倍，所以流经2220Ω电阻R₁的电流是流经第二步进盘、第一步进盘电流和的一半，因此流经电阻R₁的电流也是1mA。第三步进盘两把电刷间总电阻是740Ω，节点A与节点B之间上方电阻是750Ω，节点A与节点B之间下方电阻应该是750Ω×3mA÷0.2mA＝11250Ω。第四步进盘两把电刷间电阻R₂和电流流过第四、第五步进盘电阻都是2000Ω，不计第五步进盘叠加在第四步进盘上电流，第五、第四步进盘流过的电流都是0.1mA，第四步进盘两把电刷间电阻为1000Ω，在节点A与节点B之间下方第四、第五步进盘电阻和为1010Ω。

为满足节点A与节点B之间下方的电流是0.2mA，必须使：

电阻R₇阻值+电阻R₆阻值+电阻R_P2阻值+电阻R₅阻值＝11250Ω-1010Ω＝10240Ω

由于不饱和标准电池的电动势是离散的，在1.0188V～1.0196V之间，标准化的工作电流流过电阻R₆为0.2mA，因此电阻R₆取5094Ω，外加0～6Ω可锁定的可调电阻R_P2，可以覆盖标准电池电动势的变化范围；再确定电阻R₇阻值：

当工作电流标准化后，第I测量盘置n₁，第II测量盘置n₂，第III测量盘置n₃，第IV测量盘置n₄，第V测量盘置n₅，开关K掷左边，这时连接被测量的“U_X”两个端钮间电压为：

U_X＝1×100n₁+1×110+10n₂+1×10+n₃-0.2×R₇-0.1×1(10-n₄)-0.1×0.1(10-n₅)-0.1×10(mV)

U_X＝1×100n₁+10n₂+n₃+0.1n₄+0.01n₅+110+10-0.2×R₇-1-0.1-1

0.2R₇＝117.9ΩR₇＝589.5Ω

电阻R₅阻值＝10240Ω-5100Ω-589.5Ω＝4550.5Ω

电压测量仪的标准工作电流是这样获得：把1V标准信号电压按极性与电压测量仪“U_x”两个测量端钮连接，电压测量仪各步进盘总示值与标准信号电压值相同，双刀双掷开关K掷向左边，调节可调电阻R_P1，使检流计G指零；再将双刀双掷开关K掷向右边，调节可调电阻R_P2，使检流计G指零，再重复一次后，把可调电阻R_P2锁定，这时电压测量仪的工作电流就标准化，仪器使用时，先校对标准，要对读数盘进行读数时，校对标准后再读数。

电压测量仪工作电源采用YJ49型高稳定度可调稳压电源，它分段连续可调，本电压测量仪总电阻约703Ω，在3.2mA电流下电压约2.25V，要采用YJ49型高稳定度可调稳压电源的1～3V那段电源调节供电，并通过调节范围在0～100Ω的可调电阻R_P1把电压测量仪能够精细调节于标准工作电流的3.2mA状态。